事實還是虛構?:風寒效應是真實存在的

冬季的微風確實感覺寒冷,但您的皮膚可能沒有您想象的那麼冷


關於支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道: 訂閱。 透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造當今世界的發現和思想的具有影響力的故事。


臭名昭著的極地渦旋已經使美國和加拿大在今年冬天多次陷入深度冰凍。 警惕的氣象預報員現在經常展示大型地圖,顯示極低的風寒值:明尼阿波利斯零下 34 華氏度,芝加哥零下 36 華氏度,法戈,北達科他州,昨晚就達到了零下 39 華氏度。 但是,如果氣溫為 15 華氏度,而每小時 20 英里的風速使風寒降至零下 2 華氏度,那麼您裸露的皮膚溫度會降至該溫度嗎?
 
不會。 您的皮膚溫度不會低於實際氣溫。 無論風是平靜還是以每小時 40 英里的速度呼嘯,您裸露的面部最冷也只能達到 15 華氏度。
 
那麼,風寒的意義何在? 我們應該擔心它嗎? 它具有欺騙性嗎?
 
風寒是一個數學推匯出的數字,它近似於您的皮膚感覺有多冷——而不是您的皮膚實際有多冷。 感謝您皮膚中的血液和皮下組織,您的身體不斷輻射熱量,在您的皮膚表面產生一層薄薄的溫暖空氣邊界層,這有助於您隔絕寒冷。 如果您站在 20 華氏度的空氣中靜止不動,並且沒有風,您的皮膚會比 20 華氏度更溫暖。 然而,風會帶走一部分熱量,風速越快,熱量損失的速度就越快。 一旦風速超過每小時 25 英里左右,它帶走熱量的速度就會超過您身體散發熱量的速度,使您的皮膚暴露在完全的低溫下。
 
然而,您的神經末梢和大腦會將皮膚溫度的快速下降感知為極端。 科學家們不確定為什麼會發生這種情況,但他們認為這是一個訊號,指示收縮皮膚和四肢的血管,以便更多的血液可以流向身體的核心,以保持您的器官溫暖並讓您活下去——即使您在這個過程中失去一根手指或腳趾。 風寒完全是關於感知,而風寒指數是衡量這種感知的一種嘗試。
 
不同的風寒指數使用不同的公式,但在所有公式中,最重要的因素是氣溫和風速,美國陸軍環境醫學研究所的研究生理學家凱瑟琳·奧布萊恩在馬薩諸塞州納蒂克說。 國家氣象局風寒圖表僅使用這兩個量,並透過基於原型人臉組織以及身體熱量損失率的模型執行它們。 AccuWeather 的“真實感受”指數添加了諸如雲層覆蓋和太陽角度等影響,但由於該公式受到專利保護,外部科學家無法評估其數學原理。
 
如果風寒不是您皮膚上的實際溫度,為什麼還要報告它? 這是一個合理的問題。 一些氣象學家表示,報告“凍傷所需時間”而不是風寒值會更有用。 如果觀眾知道他們裸露的皮膚會多快凍傷,他們可能會更加謹慎。 然而,凍傷時間並沒有為穿多少衣服提供非常有用的線索。
 
風寒圖表確實大致顯示了在越來越低的值下皮膚凍傷需要多長時間。 例如,0 華氏度的溫度和 20 英里/小時的風速會產生零下 22 華氏度的風寒,皮膚會在 30 分鐘內凍傷。 如果風速上升到 55 英里/小時,風寒會降至零下 32 華氏度,皮膚會在 10 分鐘內凍傷。 請記住,皮膚在較低風寒下凍傷速度更快的唯一原因是身體的熱量包絡層被更快地去除。 皮膚只有在其溫度遠低於 32 華氏度時才會凍傷,因為其細胞含有鹽和其他化合物,這些化合物會降低其冰點至水的冰點以下。 確切的時間因個人的血液流動、脂肪層和皮下組織而異。
 
仍然不相信風寒溫度不是真實的? 嘗試一個實驗:在室外放置兩個溫度計,一個在風中,一個遮蔽風。 當您返回時,它們的讀數將相同。 或者只是問自己一個簡單的問題:如果您以每小時 20 英里的速度駕駛汽車,並且讀取儀表板溫度計,然後加速到每小時 60 英里,溫度會下降嗎? 不會。 因為氣溫沒有變化。 您的汽車沒有風寒——即使您給您的車輛起了人的名字。
 
意識到寒冷完全是關於感知的,這引發了其他有趣的觀察。 擁有大量體脂的人實際上可能比沒有體脂的人感覺更冷,儘管人們認為脂肪可以起到隔熱作用。 奧布萊恩說,皮膚下更多的脂肪實際上會阻止肌肉產生的熱量到達皮膚。 由於寒冷的感知主要來自皮膚中的神經,因此隨著氣溫下降,高體脂的人可能會感覺更冷。
 
女性可能經常比男性感覺更冷,因為她們往往肌肉質量較少(產生的熱量較少)和更多的體脂(阻擋熱量到達皮膚),並且因為她們通常較小的身材使她們的表面積與質量之比更大,她們傾向於更快地散失熱量。 當然,每個人都是不同的。
 
無論風寒是否是一個有用的數字,電視和廣播上的氣象學家都在瘋狂地使用它。 畢竟,報告零下 36 度和零下 39 度的風寒聽起來比 0 度和微不足道的零下 2 度的溫度更引人注目。 “現在有點荒謬了,”奧布萊恩說。 “有時很難找到實際氣溫。”

Mark Fischetti has been a senior editor at 大眾科學 for 17 years and has covered sustainability issues, including climate, weather, environment, energy, food, water, biodiversity, population, and more. He assigns and edits feature articles, commentaries and news by journalists and scientists and also writes in those formats. He edits History, the magazine's department looking at science advances throughout time. He was founding managing editor of two spinoff magazines: 大眾科學 Mind and 大眾科學 Earth 3.0. His 2001 freelance article for the magazine, "Drowning New Orleans," predicted the widespread disaster that a storm like Hurricane Katrina would impose on the city. His video What Happens to Your Body after You Die?, has more than 12 million views on YouTube. Fischetti has written freelance articles for the New York Times, Sports Illustrated, Smithsonian, Technology Review, Fast Company, and many others. He co-authored the book Weaving the Web with Tim Berners-Lee, inventor of the World Wide Web, which tells the real story of how the Web was created. He also co-authored The New Killer Diseases with microbiologist Elinor Levy. Fischetti is a former managing editor of IEEE Spectrum Magazine and of Family Business Magazine. He has a physics degree and has twice served as the Attaway Fellow in Civic Culture at Centenary College of Louisiana, which awarded him an honorary doctorate. In 2021 he received the American Geophysical Union's Robert C. Cowen Award for Sustained Achievement in Science Journalism, which celebrates a career of outstanding reporting on the Earth and space sciences. He has appeared on NBC's Meet the Press, CNN, the History Channel, NPR News and many news radio stations. Follow Fischetti on X (formerly Twitter) @markfischetti

More by Mark Fischetti
© .